改進(jìn)的BIN參數(shù)在水源熱泵住宅中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、改進(jìn)的BIN參數(shù)在水源熱泵住宅中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用         06-01-22 16:44:00     作者：由世俊李秋生張歡    編輯：studa9ngns要： 本文對(duì)美國(guó)ASHRAE改進(jìn)的Bin能耗計(jì)算方法(Modified Bin Method)作了一些適合于我國(guó)華北地區(qū)民用住宅使用的修改后，根據(jù)天津市最近十二年的氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算了天津地區(qū)全天24小時(shí)和18:008:00之間兩種情況下的全年Bin數(shù)據(jù)。并在考慮了水源熱泵的

2、部分負(fù)荷特性對(duì)機(jī)組效率的影響之后，對(duì)水源熱泵住宅中央空調(diào)系統(tǒng)的兩種常見(jiàn)工作模式進(jìn)行了全年能耗計(jì)算與分析。 關(guān)鍵詞： 水源熱泵 住宅中央空調(diào) Bin 能耗分析 部分負(fù)荷特性Application of the Modified BIN Method to WSHP Residential Central Air-conditioning SystemAbstract: Both heating and cooling loads can be estimated using the Bin (temperature frequency) method, so the Modified Bin M

3、ethod from ASHRAE was applied to this article. Modified to fit the condition of the residence in North China, two kinds of Bins concluding both the whole day and the night throughout one year were given out referring to the latest twelve years weather data of Tianjin. Then the energy calculation and

4、 analysis for two normal run modes of the Water Source Heat Pump (WSHP) residential central air-conditioning were done at the concept of partial load characteristic.Keyword: Water Source Heat Pump, Residential Central Air-conditioning, Modified Bin Method, energy calculation and analysis, partial lo

5、ad characteristic 1.概述住宅中央空調(diào)(Residential Central Air-conditioning)的概念最先來(lái)源于美國(guó),它是一種通過(guò)風(fēng)道或冷熱水管道將中央空調(diào)處理機(jī)集中處理過(guò)的空氣或冷熱水送進(jìn)位于不同房間的空調(diào)未端,補(bǔ)償各房間的冷熱損失,以達(dá)到各房間空氣調(diào)節(jié)目的的空調(diào)形式。隨著我國(guó)目前城市環(huán)境問(wèn)題的日益重視和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,在黃河流域,采用經(jīng)濟(jì)、清潔的熱泵中央空調(diào)系統(tǒng),已經(jīng)變得日益重要。正是在此背景下,深井回灌的水源熱泵(Water Source Heat Pump)方式有可能成為滿足這種需求的住宅供熱空調(diào)方式。較為簡(jiǎn)便可行的水源熱泵住宅中央空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗

6、分析將對(duì)該空調(diào)系統(tǒng)形式在住宅空調(diào)方面的發(fā)展、系統(tǒng)的的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理以及用戶對(duì)水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的認(rèn)同與選購(gòu)都有著很重要的意義。本文將美國(guó)ASHRAE改進(jìn)的Bin能耗計(jì)算方法(Modified Bin Method)引入水源熱泵住宅中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗分析與計(jì)算,使得該系統(tǒng)的能耗分析與計(jì)算變得更為簡(jiǎn)單。2.建筑物全年負(fù)荷計(jì)算2.1計(jì)算方法簡(jiǎn)介空調(diào)系統(tǒng)全年能耗分析必須以建筑物全年負(fù)荷計(jì)算為基礎(chǔ)。關(guān)于建筑物全年負(fù)荷計(jì)算有兩種方法：一是建立建筑物熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型,在計(jì)算機(jī)上作全年或某時(shí)間段的逐時(shí)模擬,逐時(shí)計(jì)算法是最復(fù)雜,也是最準(zhǔn)確的一種能耗計(jì)算法,它是根據(jù)室外逐時(shí)的氣象數(shù)據(jù),室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù),逐時(shí)計(jì)算

7、出建筑的能耗。其代表軟件有:美國(guó)政府的DOE2,美國(guó)軍方的BLAST和室內(nèi)環(huán)境溫度和能耗模擬軟件DEROB。二是各種簡(jiǎn)化計(jì)算方法,如度日法、擴(kuò)大度日法、當(dāng)量運(yùn)行小時(shí)法、溫頻法(Bin)等。與動(dòng)態(tài)模擬相比,后者精度稍差,但比較簡(jiǎn)單,當(dāng)建筑物用途及系統(tǒng)恒定時(shí),用這種方法是合理的124。度日法是最簡(jiǎn)單的方法，但通常產(chǎn)生的結(jié)果較差，它不能在運(yùn)行效率取決與室外環(huán)境的系統(tǒng)中運(yùn)行，熱泵就是一個(gè)很好的例子。本文采用的改進(jìn)的溫濕頻參數(shù)(Modified Bin Method)法同屬于簡(jiǎn)化計(jì)算法，但是它將室外工況和部分負(fù)荷工況所產(chǎn)生的效果考慮在內(nèi)，這種方法具有足夠的精度滿足水源熱泵系統(tǒng)的要求4。尤其，改進(jìn)的Bin

8、方法與其他方法比較，更側(cè)重于能耗的分析與計(jì)算。該方法可以在各種負(fù)荷狀態(tài)(而不只是在設(shè)計(jì)負(fù)荷條件)下，將設(shè)備的運(yùn)行效率、啟停狀態(tài)的影響以及再熱量、全熱回收等因素考慮在內(nèi)，進(jìn)行較為準(zhǔn)確的能耗分析。本文結(jié)合我國(guó)氣象數(shù)據(jù)的特點(diǎn),對(duì)ASHRAE改進(jìn)的溫頻參數(shù)(Bin)法做了如下調(diào)整：1)Bin數(shù)據(jù)的溫度間隔取為兩度,提高了計(jì)算精度；2)用含濕量代替濕球溫度,這樣在計(jì)算潛熱負(fù)荷時(shí)不用再進(jìn)行由濕球溫度到含濕量的換算；3)由于我國(guó)大部分地區(qū)冬夏季空調(diào)參數(shù)相差很大,結(jié)合住宅空調(diào)運(yùn)行特點(diǎn),分別計(jì)算了天津地區(qū)24小時(shí)和18:008:00的兩種Bin數(shù)據(jù)。其中濕球溫度直接來(lái)源于天津地區(qū)室外氣象數(shù)據(jù)，它的采用使得計(jì)算潛

9、冷負(fù)荷和潛熱負(fù)荷時(shí)節(jié)省了相對(duì)濕度向濕球溫度轉(zhuǎn)換的步驟。2.2負(fù)荷計(jì)算本文僅就與溫頻參數(shù)相關(guān)的太陽(yáng)負(fù)荷和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)帶來(lái)的室內(nèi)負(fù)荷進(jìn)行詳細(xì)分析,室內(nèi)負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷可參閱有關(guān)空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)。2.2.1通過(guò)窗戶的太陽(yáng)負(fù)荷(1) 式中：QSOLj通過(guò)窗戶的太陽(yáng)負(fù)荷,(W/m2),j等于7或者1；建筑物所有外窗朝向數(shù)；MSHGFi朝向i月最大太陽(yáng)數(shù),(W/m2)AGi朝向i的窗戶的總面積,(m2)Cs朝向i的遮陽(yáng)系數(shù)，Cs=0.93；CLFTOTi朝向i在24小時(shí)內(nèi)太陽(yáng)冷負(fù)荷系數(shù)之和；KT月平均日照率；T空調(diào)系統(tǒng)在t時(shí)的運(yùn)行小時(shí)數(shù),(hr)；A建筑物的空調(diào)面積,(m2)；其中,QSOL與室外氣溫T之間存

10、在著線性關(guān)系：(2) 式中：tc峰值冷負(fù)荷溫度,天津地區(qū)為35；th峰值熱負(fù)荷溫度,天津地區(qū)為-11)。2.2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷由兩部分構(gòu)成：1)通過(guò)屋面、墻體、玻璃窗由室內(nèi)外溫差引起的穩(wěn)定傳熱部分： (3) 式中：TL由室內(nèi)外溫差引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)冷熱負(fù)荷(W/m2)；建筑物的傳導(dǎo)表面數(shù)；Ai第i個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的面積(m2)；Ki第i個(gè)表面的傳熱系數(shù)(W/m2·)；t室外空氣溫度()；tn室內(nèi)設(shè)定溫度(),制冷工況26,采暖工況20,防凍工況10。2)通過(guò)屋面、墻體和窗戶由投射在外表面上的日射引起的不穩(wěn)定傳熱部分：(4) 式中：QTSj太陽(yáng)日射形成的傳導(dǎo)冷負(fù)荷(W/m

11、2),j等于7或者1；CLTDS太陽(yáng)日射形成的墻體冷負(fù)荷溫差()；KC墻體外表面顏色修正系數(shù),深色調(diào)取1.0；其中QTS與室外空氣溫度之間存在著線性關(guān)系： (5) 2.3天津地區(qū)溫頻(Bin)數(shù)計(jì)算根據(jù)天津地區(qū)最近十二年的氣象資料,以2溫度差作為一個(gè)溫頻段,整理得到天津地區(qū)溫頻參數(shù)。表1為全天24小時(shí)的溫頻值,表2為18:008:00之間的溫頻值。天津地區(qū)24小時(shí)Bin數(shù)北緯39°06東經(jīng)117°10 海拔3.3m 表1 干球溫度()-11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 小時(shí)數(shù)(h)14 46 147 244 446 555 615 424

12、385 303 301 324 407 平均含濕量(g/kg)0.45 0.8 1.1 0.68 1.6 1.9 2.2 2.5 2.7 3.3 4 4.6 5.4 續(xù)表1干球溫度()15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 小時(shí)數(shù)(h)429 456 510 597 608 628 524 401 228 112 17 平均含濕量(g/kg)6 7.5 8.1 10 12 12.4 14.4 14.2 15 14 11.4 天津地區(qū)18:008:00 Bin數(shù)北緯39°06東經(jīng)117°10海拔3.3m表2干球溫度()-11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 小時(shí)數(shù)(h)9 37 111 189 304 380 385 225 183 157 183 212 256 平均含濕量(g/kg)0.43 0.9